Выхлопные газы после колонны содержат примерно 0,01% оксидов азота, поэтому каталитическая очистка не требуется. Они подогреваются в теплообменнике 12 нитрозными газами, отдают часть энергии в турбину расширения 17 и выбрасываются в атмосферу.

В этой системе электроэнергия затрачивается только на привод насосов и вентиляторов (расход не превышает 10 кВт .ч на 1 т HNO3). Систему можно считать энерготехнологической.

4) Система, работающая под давлением 2,5 ÷ 5,5 ат.

Компанией «Гранд-Паруас» совместно с фирмой «Монтекатини» разработан метод получения азотной кислоты под давлением 2,5 ÷ 5,5 ат (рис. VI-21).

Очищенный фильтре 1 воздух сжимается в двухступенчатом компрессоре 9 и 10 до 2,5 ат, ещё раз фильтруется в фильтре 3 и смешивается с аммиаком в смесителе 4. АВС проходит окисление на платино-родиевом катализаторе в конверторе 5. Тепло нитрозных газов используют в котле-утилизаторе 6 для получения перегретого пара и в теплообменнике 13 для подогрева отходящих газов. Далее нитрозные газы охлаждаются водой в холодильнике 14 (вода до этого охлаждала воздух между ступенями компрессора), где из них конденсируется пары воды и частично образуется азотная кислота. Вода из холодильника 14 поступает на питание парового котла 6. Нитрозные газы затем окисляется в полых сосудах 15, где за счёт окисления NO в NO2 они нагреваются.

Тепло, выделяющееся при окислении NO, используется для нагревания отходящих газов в теплообменнике 16. Нитрозные газы далее сжимаются в турбокомпрессоре 11 до 5,5 ат, в результате чего выделяется тепло, которое передаётся отходящим газам в теплообменнике 16. Сжатые и охлаждённые нитрозные газы подвергаются дальнейшему окислению в полых сосудах 17 и затем поступают в колонну 18 для абсорбции.

Азотная кислота освобождается после продувки воздухом в колонне 19 от растворённых в ней оксидов азота и поступает на склад. Продувочные газы поступают в сосуд 15, где смешиваются с основным потоком нитрозных газов. Отходящие газы после колонны 18 последовательно подогреваются в теплообменниках 16 и 13 и поступают в турбину 8, где возвращают часть энергии.

перегретого пара из котла-утилизатора 6 используется в паровой турбине 7. Таким образом, турбины 7 и 8 приводят в движение турбокомпрессоры 9, 10 и 11. Установка даёт азотную кислоту с концентрацией 60 ÷ 65% при степени абсорбции до 99% (соответственно, концентрация оксидов азота в выхлопных газах достаточно низка, чтобы не было необходимости очищать их). Это становится возможным благодаря тщательной подготовке нитрозных газов, которые дважды подвергаются окислению – до и после сжатия. Кроме того, окисление до сжатия позволяет использовать теплоту реакции окисления NO, а окисление после сжатия обеспечивает получение азотной кислоты повышенной концентрации. [1]

5. Технико-экономическое сопоставление различных способов производства (пример).

Кроме вышеперечисленных способов производства кислоты, существуют также и такие, которые осуществляются под атмосферным давлением. Однако в большинстве случаев они экономически неэффективны, особенно при крупнотоннажном производстве, и поэтому в данной работе не приводятся. Это можно проиллюстрировать на рис. 5.1:

Рис. 5.1. Сопоставление систем производства HNO3, работающих под атмосферным давлением и давлением 8 ат.

На рис. 5.1 ΔС – разность себестоимостей (себестоимость второго варианта минус себестоимость первого), руб/т кислоты; Δк – разность удельных капитальных затрат, руб/т кислоты; Цэ – стоимость электроэнергии, руб/1000 кВт.ч (по расценкам 1972 г.); G – объём вырабатываемой кислоты, тыс. т/год. Штрихпунктирные линии соответствуют более низкой стоимости электроэнергии при расположении предприятий вблизи ГЭС. Из рисунка видно, что при росте объёма выработки и цены на электроэнергию разность себестоимости кислоты, полученной при атмосферном давлении и полученной при повышенном давлении (-ΔС), и разность капитальных затрат по этим способам производства (-Δк) возрастают. [6]

6. Оптимизация производства азотной кислоты (пример).

Оптимизация в любом химическом производстве, в частности, в производстве азотной кислоты, позволяет подобрать такие технологические параметры производственного процесса, которые позволили бы минимизировать капитальные затраты, а также минимизировать вредное воздействие на окружающую среду и работников предприятия. Так, например, можно подобрать оптимальную температуру контактного окисления аммиака из условия минимальных приведённых затрат на аммиак и дорогостоящий катализатор.

Условие минимизации приведённых затрат, обусловленных потерей аммиака и платиноидного катализатора в конверторе, можно выразить так:

, (6.1)

где ηкн – степень превращения аммиака; Цак – стоимость азотной кислоты, руб/т; βпл – расходный коэффициент по платине; Цпл – стоимость теряемой платины, руб/г. Это соотношение можно представить в виде:

(6.2)

Значение θ' определяется по уравнению:

, (6.3)

где θ' – критерий экономического подобия; β'пл – номинальный расходный коэффициент по платине, г/т кислоты; Цпл.н и Цпл.с – цены новой платины и платины, возвращаемой на аффинажный завод, руб/г; Цпл.у – цена уловленной платиновой пыли, руб/г; μпл – степень улавливания платиновой пыли; μс – степень износа платиновых сеток.

По данным о допустимой выработке кислоты на 1 г первоначально загруженного катализатора с учётом данных об уносе платиноидного катализатора (не учитывается частичное улавливание его в фильтрах), степень износа платиноидных сеток можно вычислить по уравнению:

, (6.4)

где Pкн – давление в конверторе, МПа.

Расходный коэффициент по платине зависит от температуры на сетках следующим образом:

(6.5)

При этом уравнение (6.2) можно представить в критериальном виде:

(6.6)

Если в это уравнение подставить зависимость степени превращения аммиака от давления в конверторе и числа платиноидных сеток и принять к нулю его производную, то получится: